突破卡诺极限:通过熵电池提取功
该研究团队从信息论角度阐明了广义热力学原理对系综能量提取能力的影响。研究证明,通过采用多种类型的幺正热机,能够充分利用系综在多重守恒量维度上的熵容量,从而在保持最大功率输出的同时,使能量提取效率突破传统卡诺效率极限。这一突破性进展无需依赖量子热机领域常用的改性热源技术。 研究特别关注了自旋角动量这一守恒量,揭示出自旋浴作为独立守恒量时,会表现出与传统热浴完全可比拟的热力学行为:不仅具备对应的自旋热容、爱因斯坦固体与德拜模型等物理量,还遵循类似的熵响应规律及玻色-爱因斯坦/费米-狄拉克统计分布,同时满足涨落-耗散定理。 在探究粒子统计对储能系统最大熵容量影响时,研究提出了革命性观点:不可区分性是粒子相互作用的必要条件。这促使研究人员将信息本身视为粒子的本质属性——当系统进行幺正演化时,信息(以相干性形式)可在能量/自旋等物理自由度之间,乃至不同粒子之间实现转移。该成果将在自旋玻色-爱因斯坦凝聚态、自旋电子学等需要近简并自旋统计的领域获得直接应用,同时对量子热机、量子电池、量子纠错以及信息与资源理论产生深远影响。